孫 羽，彭星辰

SUN Yu，PENG Xing-chen

(四川大學(xué)華西醫(yī)院頭頸部腫瘤科，四川 成都 610000)

從二十世紀(jì)九十年代末期發(fā)現(xiàn)Parkin基因以來(lái)，各國(guó)學(xué)者針對(duì)該基因展開(kāi)了大量的研究，迄今為止，許多的研究證實(shí)了Parkin的作用廣泛，除了AR-JP之外，它與2型糖尿病、阿茨海默病、多發(fā)性硬化癥等多種疾病有關(guān)[1，2]。最近的研究發(fā)現(xiàn)：Parkin的丟失或功能異常與多種惡性腫瘤存在一定的關(guān)系，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為Parkin是一種抑癌基因。本文總結(jié)了Parkin、線粒體自噬，并討論了目前在癌癥中Parkin的相關(guān)研究成果。

1 Parkin基因、Parkin蛋白及功能

1.1Parkin基因的發(fā)現(xiàn)于二十世紀(jì)九十年代末期日籍學(xué)者Asakawa等在研究AR-JP病因的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了Parkin基因[1]。Matsumine等分析了AR-JP家族病人的DNA，該基因定位在6號(hào)染色體的長(zhǎng)臂上(6q25-q27)，具有1395個(gè)堿基對(duì)的開(kāi)放閱讀框架。Parkin基因在基因庫(kù)中編號(hào)為AB009973，它具有12個(gè)外顯子，它們編碼的蛋白質(zhì)，被稱為Parkin 蛋白，包含了465個(gè)氨基酸，分子量大約為 52 kDa。

1.2Parkin蛋白的結(jié)構(gòu)Parkin蛋白是具有RBR結(jié)構(gòu)的E3泛素連接酶。Parkin蛋白從N端到C端，分別由UBL、RING0、RING1、IBR、REP、RING2組成。其中的UBL和RING1-IBR-RING2(RBR)是Parkin蛋白區(qū)別與其他蛋白的標(biāo)志性結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 Parkin蛋白的二維結(jié)構(gòu)

Parkin蛋白的三維結(jié)構(gòu)：在生理情況下，Parkin處于一種不活躍的狀態(tài)，這是因?yàn)镻arkin存在兩種自身抑制機(jī)制：一是RING1區(qū)域的泛素結(jié)合酶E2的結(jié)合位點(diǎn)被UBL和REP遮蔽。二是RING2區(qū)域中的催化點(diǎn)被RING0遮蔽。RING0隱藏了具有催化作用的半胱氨酸431(C431)，阻止了泛素結(jié)合酶E2由RING1向RING2的轉(zhuǎn)移。值得注意的是，Parkin的催化點(diǎn)C431與E2的結(jié)合點(diǎn)有一定距離，表明了在生理?xiàng)l件下，Parkin蛋白需要保持著一種緊密的類似蛇形的結(jié)構(gòu)(如圖2)，從而抑制自身的活性，而Parkin的激活需要大量的構(gòu)象變化。

圖2 Parkin蛋白的三維結(jié)構(gòu)圖

1.3Parkin的功能Parkin的功能廣泛，包括對(duì)泛素蛋白酶體途徑(UPP)及線粒體自噬的調(diào)節(jié)，它還參與了多個(gè)信號(hào)通路和細(xì)胞生理過(guò)程[3]。除了帕金森病外，迄今為止許多的研究證實(shí)，Parkin的突變還與2型糖尿病、阿茨海默病、多發(fā)性硬化癥及多種癌癥的發(fā)生有關(guān)[1，2，4]。

圖3 健康的線粒體中PINK1的降解

1.4線粒體自噬近期的研究發(fā)現(xiàn)Parkin是通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體自噬，來(lái)控制線粒體的數(shù)量和質(zhì)量。線粒體自噬是在自噬體內(nèi)通過(guò)降解途徑清除掉受損的或過(guò)多的線粒體的一個(gè)生理過(guò)程。該過(guò)程用于維護(hù)線粒體的功能，細(xì)胞的新陳代謝，防止線粒體DNA (mtDNA) 的突變和活性氧(ROS)的積累。線粒體自噬的靶點(diǎn)是磷酸酶PTEN誘導(dǎo)的激酶 (PINK1)，損傷的線粒體及細(xì)胞的壓力反應(yīng)為線粒體自噬的觸發(fā)因素。①在健康的線粒體中，PINK1由線粒體外膜及內(nèi)膜轉(zhuǎn)移酶的復(fù)合體導(dǎo)入線粒體內(nèi)，線粒體膜內(nèi)相關(guān)的PARL蛋白酶將PINK1分解及降解。如圖3。②在受損的線粒體中，線粒體膜發(fā)生去極化，導(dǎo)致PINK1固定在線粒體外膜上并通過(guò)自體磷酸化而激活。激活的PINK1還會(huì)磷酸化許多底物，包括Parkin及泛素，同時(shí)有實(shí)驗(yàn)表明磷酸泛素化(p-Ub)與磷酸化的Parkin高親和力地結(jié)合在一起，使Parkin產(chǎn)生了一種構(gòu)象的變化，促進(jìn)了E2的募集，從而激活了Parkin[5]。Parkin能迅速催化大量的線粒體蛋白泛素化，隨后泛素化的線粒體蛋白質(zhì)組與自噬機(jī)構(gòu)連接，并開(kāi)始選擇性自噬。線粒體自噬的詳細(xì)過(guò)程如下圖4。

圖4 線粒體自噬

2 Parkin基因與腫瘤

越來(lái)越多的證據(jù)表明，Parkin基因的丟失或突變可能與癌癥存在一定的關(guān)系(如圖5)。而最近的研究發(fā)現(xiàn)Parkin突變的頻率較高的是宮頸癌(5.6%)、肺鱗狀細(xì)胞癌(5.6%)，結(jié)腸直腸癌(2.4～5.6%)、胃癌(4.6%)、皮膚黑色素瘤(3.5%)、肺腺癌(2.7%～3.1%)和子宮內(nèi)膜樣癌(2.1%)[6]。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Parkin表達(dá)異常的癌癥有：卵巢癌、乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、宮頸癌、胰腺癌、腎癌、肺癌、肝癌、結(jié)直腸癌、黑素瘤、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、B細(xì)胞非霍奇金淋巴瘤伯基特淋巴瘤、急性淋巴細(xì)胞白血病和慢性粒細(xì)胞白血病。

圖5 Parkin的缺失對(duì)腫瘤的影響

2.1原發(fā)性肝細(xì)胞癌(HCC) 既往實(shí)驗(yàn)表明：與野生型小鼠相比，Parkin-/-的高齡(72周以上)小鼠更容易發(fā)生HCC，這表明Parkin基因的缺失可能不足以驅(qū)動(dòng)肝細(xì)胞快速轉(zhuǎn)化成肝癌細(xì)胞[7]。在Parkin基因缺乏的小鼠中肝臟自發(fā)性腫瘤形成，也許與長(zhǎng)期毒性底物的累積、線粒體自噬功能缺陷有關(guān)，這需要進(jìn)一步的研究。

2.2乳腺癌在某些乳腺癌細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)了Parkin基因在六號(hào)染色體上的脆性位點(diǎn) FRA6E 消失，導(dǎo)致了Parkin蛋白的表達(dá)減少[8]。另有研究報(bào)道，Parkin蛋白的兩種底物，細(xì)胞周期蛋白D和細(xì)胞周期蛋白E，在乳腺癌中被上調(diào)，這表明Parkin蛋白的功能是受到抑制的[9]。這可能與 Parkin蛋白的異常影響了UPS(泛素-蛋白酶體系統(tǒng))有關(guān)。有趣的是，研究表明Parkin蛋白通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體的代謝來(lái)影響乳腺癌[10]。在癌癥的進(jìn)展過(guò)程中，癌細(xì)胞將線粒體的有氧呼吸轉(zhuǎn)化為糖酵解來(lái)維持癌細(xì)胞對(duì)能量的需求(稱為Warburg效應(yīng))。Parkin蛋白通過(guò)負(fù)向調(diào)節(jié)能量代謝，減輕Warburg效應(yīng)[11]。將Parkin基因轉(zhuǎn)移至原本無(wú)該基因的乳腺癌細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)乳腺癌的進(jìn)展及轉(zhuǎn)移的速度明顯降低。這些都支持Parkin基因在乳腺癌中，有可能起到抑制腫瘤的作用。同時(shí)微管在近幾十年來(lái)一直是癌癥治療的靶點(diǎn)。Parkin蛋白促進(jìn)微管的聚合，從而增加微管的穩(wěn)定，與紫杉醇治療起協(xié)同作用，同時(shí)拮抗解聚藥物[12]。

2.3肺癌Parkin基因的缺失及突變?cè)诜伟┲谐Ｒ?jiàn)。cBioPortal對(duì)癌癥基因組的研究顯示，2.7%～3.5%的肺腺癌、5.6%的肺鱗狀細(xì)胞癌和4.8%的非小細(xì)胞肺癌中都發(fā)現(xiàn)了Parkin基因的體細(xì)胞突變[6]。另有研究顯示，在家族性肺癌中發(fā)現(xiàn)了一些的Parkin基因的失活突變，它是獨(dú)立于吸煙的肺癌易感因素，Parkin基因失活突變?cè)黾恿朔伟┑囊赘行訹13]。

2.4結(jié)直腸癌在Apcmin老鼠模型中：Parkin +/-；APC +/min的小鼠與同窩出生的Parkin +/+；APC +/min的小鼠相比，表現(xiàn)出較高的腺瘤發(fā)病率和腫瘤發(fā)生的時(shí)間更早，提示Parkin基因具有抑制腫瘤的功能[14]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在已經(jīng)確診為結(jié)腸直腸癌的患者中，在部分患者的肝臟轉(zhuǎn)移病灶中發(fā)現(xiàn)有Parkin基因的灶性缺失，而原發(fā)病灶中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步推測(cè)Parkin基因的缺失或功能喪失與某些腫瘤的轉(zhuǎn)移有關(guān)[15]。

2.5膠質(zhì)母細(xì)胞瘤通過(guò)分析癌癥基因組圖譜，我們發(fā)現(xiàn)大約有四分之一的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤樣本中，存在Parkin基因的雜合子或純合子丟失，以及Parkin基因的點(diǎn)突變[16]。由于蛋白在大腦中為高水平表達(dá)，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的發(fā)生可能對(duì)Parkin基因的損失特別敏感。研究證實(shí)預(yù)后差的神經(jīng)母細(xì)胞瘤，它的一種細(xì)胞亞型是通過(guò)擴(kuò)增癌基因N-Myc來(lái)表現(xiàn)的。N-Myc 和Parkin蛋白的水平在神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞中呈反向關(guān)系，染色質(zhì)免疫實(shí)驗(yàn)表明，N-Myc 直接通過(guò)與Parkin基因的啟動(dòng)子區(qū)域的結(jié)合來(lái)抑制Parkin基因的轉(zhuǎn)錄[17]。

2.6卵巢癌研究顯示，卵巢癌一般與線粒體自噬機(jī)構(gòu)的下調(diào)有關(guān)，化學(xué)誘導(dǎo)線粒體自噬抑制卵巢腫瘤的擴(kuò)散，但是自噬反應(yīng)是通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的壓力，這表明了線粒體自噬觸發(fā)的部位有所不同[18]。在卵巢癌和神經(jīng)母細(xì)胞瘤、乳腺癌的研究中，發(fā)現(xiàn)了它們的一些共同特征，即N-Myc和細(xì)胞周期蛋白E在這些腫瘤細(xì)胞及其子代細(xì)胞中都有上調(diào)[19]。由此推斷N-Myc抑制了Parkin基因的轉(zhuǎn)錄，而當(dāng)Parkin蛋白失去了功能時(shí)，細(xì)胞周期蛋白E就會(huì)積累增多，Parkin蛋白可能會(huì)間接地調(diào)節(jié)卵巢癌的細(xì)胞周期。

2.7胰腺癌實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺乏Parkin基因的老鼠更容易發(fā)生胰腺癌，Parkin基因的減少促進(jìn)了胰腺癌細(xì)胞的增殖和擴(kuò)散的能力，而Parkin基因的過(guò)度表達(dá)又抑制了多個(gè)癌細(xì)胞的遷移和入侵，上述實(shí)驗(yàn)提示Parkin基因有抑制胰腺癌的可能，其表達(dá)水平與胰腺癌的惡性程度呈正相關(guān)，與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈負(fù)相關(guān)[20]。

3 展望

Parkin基因的作用廣泛，其編碼的蛋白為E3，參與及調(diào)節(jié)了線粒體自噬，并以此來(lái)控制線粒體的質(zhì)量及數(shù)量。近年來(lái)的研究表明，Parkin基因的缺失及功能紊亂可能與癌癥存在一定的聯(lián)系，但目前尚未查明其具體的作用機(jī)制，需要進(jìn)一步的研究。希望通過(guò)對(duì) Parkin基因在癌癥方面進(jìn)一步的研究及探索，可以發(fā)現(xiàn)相關(guān)癌癥的致病因素以及防治方案。

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